Урок по теме "Введение в астрономию"

Преподаватель Ильин П.В., e-mail: [e-mail] 

Тема “Введение в астрономию”

Астрономия является одной из древнейших наук, истоки которой относятся к каменному веку (VI-III тысячелетия до н. э.).

Астрономия это наука, изучающая движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем.

Астрономия [греч. астрон (astron) - звезда, номос (nomos) -закон] – наука, которая изучает движение небесных тел (раздел ―небесная механика‖), их природу

(раздел ―астрофизика‖), происхождение и развитие (раздел ―космогония‖)

Астрономия – одна из самых увлекательных и древнейших наук о природе – исследует не только настоящее, но и далекое прошлое окружающего нас макромира, а также позволяет нарисовать научную картину будущего Вселенной. Человека всегда интересовал вопрос о том, как устроен окружающий мир и какое место он в нем занимает. У большинства народов еще на заре цивилизации были сложены особые - космологические мифы, повествующие о том, как из первоначального хаоса постепенно возникает космос (порядок), появляется все, что окружает человека: небо и земля, горы, моря и реки, растения и животные, а также сам человек. На протяжении тысячелетий шло постепенное накопление сведений о явлениях, которые происходили на небе.

Оказалось, что периодическим изменениям в земной природе сопутствуют изменения вида звездного неба и видимого движения Солнца. Высчитать наступление определенного времени года было необходимо для того, чтобы в срок провести те или иные сельскохозяйственные работы: посев, полив, уборку урожая. Но это можно было сделать лишь при использовании календаря, составленного по многолетним наблюдениям положения и движения Солнца и Луны. Так необходимость регулярных наблюдений за небесными светилами была обусловлена практическими потребностями счета времени. Строгая периодичность, свойственная движению небесных светил, лежит в основе основных единиц счета времени, которые используются до сих пор, - сутки, месяц, год.

Простое созерцание происходящих явлений и их наивное толкование постепенно сменялись попытками научного объяснения причин наблюдаемых явлений. Когда в Древней Греции (VI в. до н. э.) началось бурное развитие философии как науки о природе, астрономические знания стали неотъемлемой частью человеческой культуры. Астрономия - единственная наука, которая получила свою музупокровительницу - Уранию.

О первоначальной значимости развития астрономических знаний можно судить в связи с практическими потребностями людей. Их можно разделить на несколько групп:

§  cельскохозяйственные потребности (потребность в отсчете времени - сутки, месяцы, годы. Например, в Древнем Египте определяли время посева и уборки урожая по появлению перед восходом солнца из-за края горизонта яркой звезды Сотис - предвестника разлива Нила);

§  потребности в расширении торговли, в том числе морской (мореплавание, поиск торговых путей, навигация. Так, финикийские мореплаватели ориентировались по Полярной звезде, которую греки так и называли - Финикийская звезда);

§  эстетические и познавательные потребности, потребности в целостном мировоззрении (человек стремился объяснить периодичность природных явлений и процессов, возникновение окружающего мира).

Зарождение астрономии в астрологических идеях свойственно мифологическому мировоззрению древних цивилизаций.

Этапы развития астрономии

I этап - Античный мир (до н. э). Философия →астрономия → элементы математики (геометрия). Древний Египет, Древняя Ассирия, Древние Майя, Древний Китай, Шумеры, Вавилония, Древняя Греция.

Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии: ФАЛЕС Милетский (625-547, Др.Греция), ЕВДОКС Книдский (408- 355, Др. Греция),

АРИСТОТЕЛЬ (384-322, Македония, Др. Греция), АРИСТАРХ Самосский (310230, Александрия, Египет), ЭРАТОСФЕН (276-194, Египет), ГИППАРХ

Родосский (190-125г, Др.Греция).

Археологами установлено, что человек владел начальными астрономическими знаниями уже 20 тыс. лет назад в эпоху каменного века.

§  Доисторический этап от 25 тыс.лет до н.э.- до 4 тыс. до н.э.(наскальные рисунки, природные обсерватории и т.д.).

§  Древний этап условно можно считать от 4.000лет до н.э.-1000 до н.э.:

§  около 4.тыс. лет до н.э. астрономические памятники древних майя, каменная обсерватория Стоунхендж ( Англия);

§  около 3000 лет до н.э. ориентировка пирамид, первые астрономические записи в Египте, Вавилоне, Китае;

§  около 2500лет до н.э. установление египетского солнечного календаря;

§  около 2000 лет до н.э. создание 1-ой карты неба (Китай);

§  около 1100 лет до н.э. определение наклона эклиптики к экватору;

§  Античный этап

§  идеи о шарообразности Земли (Пифагор, 535 г. до н.э.);

§  предсказание Фалесом Милетским солнечного затмения (585 г. до н.э.);

§  установление 19-летнего цикла лунных фаз (цикл Метона, 433 г. до н.э);

§  идеи о вращении Земли вокруг оси ( Гераклит Понтийский, 4 век до н.э);

§  идея концентрических кругов (Евдокс), трактат «О Небе» Аристотель (доказательство шарообразности Земли и планет) составление первого каталога звѐзд 800 звѐзд, Китай (4 век до н.э.);

§  начало систематических определений положений звѐзд греческими астрономами, развитие теории системы мира (3 век до н.э.);

§  открытие прецессии, первые таблицы движения Солнца и Луны, звездный каталог 850 звезд (Гиппарах, (2 Век до н.э);

§  идея о движении Земли вокруг Солнца и определение размеров Земли

(Аристарх Самосский, Эратосфен 3-2 в. до н.э.);

§  введение в римской империи Юлианского календаря (46 г. до н.э);

§  Клавдий Птолемей – «Синтаксис»(Альмогест)-энциклопедия античной астрономии, теория движения, планетные таблицы (140 г. н.э).

Представление об астрономических познаниях греков этого периода дают поэмы Гомера и Гесиода: там упоминается ряд звѐзд и созвездий, приводятся практические советы по использованию небесных светил для навигации и для определения сезонов года. Космологические представления этого периода целиком заимствовались из мифов: Земля считается плоской, а небосвод - твѐрдой чашей, опирающейся на Землю. Главными действующими лицами этого периода являются философы, интуитивно нащупывающие то, что впоследствии будет названо научным методом познания. Одновременно проводятся первые специализированные астрономические наблюдения, развивается теория и практика календаря; в основу астрономии впервые полагается геометрия, вводится ряд абстрактных понятий математической астрономии; делаются попытки отыскать в движении светил физические закономерности. Получили научное объяснение ряд астрономических явлений, доказана шарообразность Земли.

II этап дотелескопический период (наша эра до 1610г). Упадок науки и астрономии. Развал Римской империи, набеги варваров, зарождение христианства. Бурное развитие арабской науки. Возрождение науки в Европе. Современная гелиоцентрическая система строения мира.

Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Клавдий ПТОЛЕМЕЙ (Клавдиус Птоломеус)( 87-165, Др. Рим ), БИРУНИ, Абу Рейхан Мухаммед ибн Ахмед аль – Бируни (973-1048, совр. Узбекистан), Мирза Мухаммед ибн Шахрух ибн Тимур (Тарагай)

УЛУГБЕК(1394    –1449,    совр.    Узбекистан),    Николай    КОПЕРНИК    (1473-

1543,Польша), Тихо (Тиге) БРАГЕ (1546- 1601, Дания).

§  Арабский период. После падения античных государств в Европе античные научные традиции (в том числе и астрономии) продолжили развитие в арабском халифате, а также в Индии и Китае

§  813г. Основание в Багдаде астрономической школы (дом мудрости);

§  827г. определение  размеров земного шара по градусным измерениям между Тигром и Евфратом;

§  829г. основание Багдадской обсерватории;

§  Х в. открытие лунного неравенства (Абу-ль-Вафа, Багдад);

§  каталог 1029 звѐзд, уточнение наклона эклиптики к экватору, определение длинны 1° меридиана (1031г, Ал-Бируни);

§  многочисленные работы по астрономии до конца 15 века (календарь Омара Хайяма, «Ильханские таблицы» движения Солнца и планет(Насирэддин Тусси, Азербайджан), работы Улугбека);

§  Европейское возрождение. В конце 15 века начинается возрождение астрономических знания в Европе, которое привело к первой революции в астрономии. Эта революция в астрономии была вызвана требованиями практики – начиналась эпоха великих географических открытий.

§  Дальние плавания требовали точных методов определения координат.

Система Птолемея не могла обеспечить возросших потребностей. Страны, которые первыми обратили внимание на развитие астрономических исследований, добивались наибольших успехов в открытии и освоении новых земель.

§  В Португалии, еще в 14 веке принц Генрих основал обсерваторию для обеспечения потребностей мореплавания, и Португалия первая из Европейских стран начала захват и эксплуатацию новых территорий.

§  Важнейшие достижения европейской астрономии XV - XVI веков это планетные таблицы (Региомонтан из Нюрнберга, 1474г.),

§  работы Н.Коперника, которые произвели первую революцию в Астрономии (1515-1540 гг.),

§  наблюдения датского астронома Тихо Браге в обсерватории Ураниборг на острове Вэн (самые точные в дотелескопическую эпоху).

III этап - Телескопический период до появления спектроскопии (16101814гг). Изобретение телескопа и наблюдения с его помощью. Законы движения планет. Открытие планеты Уран. Первые теории образования Солнечной системы.

Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Галилео ГАЛИЛЕЙ (1564-1642, Италия), Иоганн КЕПЛЕР (1571-1630, Германия), Ян ГАВЕЛИЙ (ГАВЕЛИУС) (1611-1687, Польша), Ганс Христиан ГЮЙГЕНС (1629-1695, Нидерланды), Джованни Доминико (Жан Доменик) КАССИНИ> (1625-1712, Италия-Франция), Исаак НЬЮТОН (1643-1727, Англия), Эдмунд ГАЛЛЕЙ ( ХАЛЛИ, 1656-1742, Англия), Вильям (Уильям) Вильгельм Фридрих ГЕРШЕЛЬ (1738-1822, Англия), Пьер Симон ЛАПЛАС (1749-1827, Франция).

§  В начале 17 века (Липперсгей, Галилей, 1608 г) был создан оптический телескоп, многократно раздвинувший горизонт познания человечества о мире.

§  определяется параллакс Солнца (1671), что позволило с высокой точностью определить астрономическую единицу и определить скорость света,

§  открываются тонкие движения оси Земли, собственные движения звѐзд, законы движения Луны,

§  в 1609- 1618 гг. Кеплер на основе этих наблюдений планеты Марс открыл три закона движения планет,

§  в 1687 г. Ньютон опубликовал закон всемирного тяготения, объясняющий причины движения планет.

§  создаѐтся небесная механика;

§  определяются массы планет;

§  в начале ХIХ века (1.01.1801г.) Пиацци открывает первую малую планету (астероид) Цереру;

§  в 1802 и в 1804 годах были открыты Паллада и Юнона.

IV этап - Спектроскопия и фотография. (1814-1900гг). Спектроскопические наблюдения. Первые определения расстояния до звезд. Открытие планеты Нептун.

Ученые, внесшие значительный вклад в развитие астрономии в данный период: Йозеф фон ФРАУНГОФЕР (1787-1826, Германия), Василий Яковлевич (Фридрих Вильгельм Георг) СТРУВЕ (1793-1864, Германия-Россия), Джордж

Бидделл ЭРИ(ЭЙРИ, 1801-1892, Англия), Фридрих Вильгельм БЕССЕЛЬ (17841846, Германия), Иоганн Готфрид ГАЛЛЕ (1812-1910, Германия), Уильям ХЕГГИНС (Хаггинс, 1824-1910, Англия), Анжело СЕККИ (1818-1878, Италия),

Федор Александрович БРЕДИХИН (1831-1904, Россия), Эдуард Чарльз ПИКЕРИНГ (1846-1919, США).

§  В 1806 - 1817 гг И.Фраунтгофер (Германия) создаѐт основы спектрального анализа, измеряет длинны волн солнечного спектра и линий поглощения, заложив таким образом основы астрофизики.

§  В 1845 г. И.Физо и Ж.Фуко (Франция) получили первые фотографии Солнца.

§  В 1845 - 1850 гг лорд Росс (Ирландия) открыл спиральную структуру некоторых туманностей

§  в 1846 г. И.Галле (Германия) по вычислениям У.Леверье (Франция) открыл планету Нептун, что явилось триумфом небесной механики

§  Внедрение в астрономию фотографии позволило получить фотоснимки солнечной короны и поверхности Луны, начать исследования спектров звѐзд, туманностей, планет.

§  Прогресс в оптике и телескопостроении позволил открыть спутники Марса, описать поверхность Марса по наблюдениям его в противостоянии (Д. Скиапарелли)

§  Повышение точности астрометрических наблюдений позволило измерить годичный параллакс звѐзд (Струве, Бессель, 1838г), открыть движение земных полюсов.

V этап - современный период (1900 - настоящее время). Развитие применения в астрономии фотографии и спектроскопических наблюдений. Решение вопроса об источнике энергии звезд. Открытие галактик. Появление и развитие радиоастрономии. Космические исследования.

§  В начале ХХ века К.Э. Циолковский издаѐт первое научное сочинение по космонавтике - «Исследование мировых пространств реактивными приборами».

§  В 1905 г. А.  создаѐт специальную теорию относительности

§  в 1907 - 1916 годах общую теорию относительности, что позволило объяснить имеющиеся противоречия между существовавшей физической теорией и практикой, дало импульс для разгадки тайны энергии звѐзд, стимулировало развитие космологических теорий

§  В 1923 г Э. Хаббл доказал существование других звѐздных систем - галактик §             в 1929 г. Э. Хаббл открыл закон «красного смещения» в спектрах галактик.

§  в 1918 г. установлен 2,5 – метровый рефлектор в обсерватории Маунт-Вилсон, а в 1947 г. вступил в строй 5-и метровый рефлектор)

§  Радиоастрономия возникла в 30-х годах 20-го века вместе с появлением первых радиотелескопов.

§  В 1933 Карл Янский из Bell Labs обнаружил радиоволны, идущие из центра галактики.

§  Гроут          Ребер          в        1937 году сконструировал   первый           параболический радиотелескоп.

§  В 1948 г. запуски ракет в высокие слои атмосферы (США) позволили обнаружить рентгеновское излучение солнечной короны.

§  Арономы начали изучение физической природы небесных тел и значительно расширили границы исследуемого пространства.

§  Астрофизика стала ведущим разделом астрономии, она получила особенно большое развитие в XX в. и продолжающая бурно развиваться в наши дни.

§  В 1957 г. было положено начало качественно новым методам исследований, основанным на использовании искусственных небесных тел, что в дальнейшем привело к возникновению новых разделов астрофизики.

§  В 1957 в СССР запущен первый искусственный спутник Земли, что ознаменовало начало космической эры для человечества.

§  Космические аппараты позволили выводить за пределы земной атмосферы инфракрасные, рентгеновские и гамма-телескопы).

§  Первые полеты человека в космос (1961 г., СССР), первая высадка людей на Луну (1969 г., США), — эпохальные события для всего человечества.

§  Доставка на Землю лунного грунта (Луна-16, СССР, 1970 г.),

§  Посадка спускаемых аппаратов на поверхности Венеры и Марса,

§  Посылка автоматических межпланетных станций к более далеким планетам Солнечной системы.

Задание. Выберите один из этапов развития астрономии и дайте ему краткую характеристику. Выполненное задание необходимо отправить по электронной почте преподавателю, в теме письма укажите дисциплину, фамилию, группу (например, астрономия_Иванова_ДО-11)